[發明專利]降低厚壁鋼結構現場焊接應力變形的焊接方法

有效

• 申請號: 201810964191.1
• 申請日: 2018-08-23
• 公開（公告）號: CN108941949B
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 方洪淵;戴立先;陳波;劉中華;查曉雄;鮑愛蓮;鐘彬;王玉銀;苗若愚;王湛;杜淼;劉萬輝;才維忠;馬千里;鐘雪霏;周琦;張海峰;王曉楠;黃壘
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學;中建鋼構有限公司;哈爾濱焊接研究院有限公司;浙江精工鋼結構集團有限公司;哈爾濱工業大學（深圳）;常熟理工學院;哈爾濱中正焊接技術開發有限公司
• 主分類號: B23K31/00
• 分類號: B23K31/00;B23K31/02;B23K37/00;B23K101/06;B23K103/04
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

降低厚壁鋼結構現場焊接應力變形的焊接方法，它涉及一種焊接方法。本發明解決了現有的鋼結構對接焊工藝來調整焊接殘余應變比較被動、繁瑣和困難以及焊接接頭結構存在穩定性和抗疲勞性能差的問題。在對接接頭焊接坡口沿著焊縫的長度方向間隔設置有若干個鑲嵌的內置腹板，由母材的焊接坡口壁與若干個鑲嵌的內置腹板共同構成“骨架體系結構”；內置腹板焊制：采用清根焊保證內置腹板與對接接頭焊接坡口壁的母材之間完全熔合；對接接頭的“骨架體系結構”焊制成型后，在母材的焊接坡口壁與若干個鑲嵌的內置腹板所圍繞的隔斷空間進行填充焊接，最后沿著焊縫的縱向焊接方向進行蓋面焊接。本發明用于降低厚壁鋼結構現場焊接應力變形。

技術領域

本發明涉及一種降低厚壁鋼結構現場焊接應力變形的焊接方法，屬于焊接結構技術領域。

背景技術

鋼結構具有強度高、韌性好、抗震性能好、施工速度快等優點，非常適合現代工程結構向高聳、大跨和重載發展的需求，工程應用日益增多。在超高層建筑、大跨建筑與大跨橋梁、重載工業廠房與特種結構中，梁、柱、支撐、剪力墻、桁架等主要受力構件所需鋼板厚度越來越大。即使采用可以充分發揮鋼材和混凝土兩種材料各自優點、顯著減小鋼板壁厚的組合結構，其為滿足工程需要所采用的鋼材厚度也在日益增大，最厚已達100mm以上。

通常鋼結構現場安裝中，其鋼構件的焊接接頭，主要為“管對接”或“板對接”等接頭形式。焊接坡口形式主要為X型坡口(雙面焊)或V型坡口(清根焊或帶襯墊的單面焊)。在這種焊接接頭形式的條件之下，其熔池在凝固過程中，由于焊接溫度梯度的存在，其橫向拘束度較小時，坡口內填充金屬的收縮量及其容積變化基本上呈現“無節制”的狀態，焊接變形通常較大(見附圖1)。

眾所周知，在沒有其它附加外力作用的條件下，焊接應力在焊件內部是平衡的(平衡力系)。當焊接過程引起的不均勻溫度場尚未消失時，焊件中的這種應力和變形稱為瞬態焊接應力和變形；焊接溫度場消失后的應力和變形稱為殘余焊接應力和變形。在實際的焊接過程中，由于焊接溫度場的劇烈變化及其波動，形成了不均勻分布的焊接應力場。在焊縫中產生的焊接應力較大時，主要就是引發焊接變形(焊接的熱應力與組織應力等，將通過形變而釋放)。此外，溫度梯度和不均勻的應力，加上不利的結構條件，還可能導致局部的焊接應力集中。當某一刻其拉應力超過金屬的屈服強度時，就會發生局部的塑性變形，來釋放部分應力。但焊縫區域的金屬屈服效應，同時降低焊接接頭的剛度，其后果會影響鋼構的使用性能。如果未釋放掉的焊接殘余應力過大，甚至可能產生焊接裂紋。

在鋼結構或鋼-混凝土組合結構中，其厚壁鋼結構的現場焊接施工，由于焊接金屬填充量比較大，相應地焊接應力及變形也大，因此其控制越加成為一個棘手的工藝技術難題。

傳統的鋼結構現場對接焊的焊接變形控制方法，只能把鋼構件壁厚方向的焊量和焊縫尺寸的偏差大小，來作為影響結構整體焊接變形(結構的垂直度、角變形等)的主要控制因素,給予重點關注。通常是根據焊接施焊過程和焊縫冷卻過程的測控結果，主要通過以下幾個方面進行處理：

1、焊縫間隙大小與變形大小成正比，因此施焊前事先測定上一構件(例如鋼管節柱)的偏差值，根據計算在坡口處采用機械打磨，使焊縫間隙人為保持基本一致。

2、采用對稱、分層與分段焊接，其分層厚度、分段長度和焊接速度等選用的焊接參數力求相近。此法常采用兩人同步分層、分段及對稱焊接，當一方焊接的焊道厚度較大時，這一邊的變形也會相應較大，故在每層焊接交圈后，需要檢測一次構件的變形量(垂直度與角變形等)，對變形較大的一側在下一道焊接時相對減小焊接的焊道厚度，盡量控制鋼管柱的垂直度在焊接階段保持不變，在必要情況下可作小區段的返工焊接。

3、至于構件對接時采用的一些臨時剛性約束措施，其主要作用只是鋼結構安裝時能夠保證整體幾何尺寸精度(同心度與垂直度等)的機械定位措施。其它的如“反變形法預設反向傾斜”等調整措施，也無法很好地解決焊縫在焊接溫度場不均變化時而加劇焊接應力與變形的實際問題。